2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Mesoporous Single-Crystalline Oxide Electrodes with High Electroconductivity and Durability
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17K06803
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
黒田 義之 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (50638640)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 多孔体 / ナノシート / 導電性酸化物 / 電極触媒 / 固体高分子形燃料電池 / アルカリ水電解 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では導電性酸化物を基板とした高表面積かつ高耐久性な電極材料の確立を目指し、新規材料開発とその電気化学評価を行った。アルカリ水電解や固体高分子形燃料電池は頻繁な出力変動を伴う条件下では電極劣化が深刻な問題となっている。導電性酸化物は、電位変動に対して比較的安定な材料であるが、表面積が小さかったり、粒界抵抗が大きい点が課題である。これらの問題を解決すべく材料開発を行い、単結晶性メソポーラスマグネリ相酸化チタンの創製とその燃料電池用触媒担体としての応用、ハイブリッド水酸化コバルトナノシートを用いた自己修復電極触媒の創製についての成果を挙げた。
単結晶性メソポーラスマグネリ相酸化チタンは鋳型法により合成した。まず、鋳型中で成長させたTiO2をさらに水素還元することで、多孔質構造を維持したまま導電性酸化物であるTi6O11へ変換することに成功した。得られたメソポーラスマグネリ相酸化チタンにPtナノ粒子を担持し、酸素還元活性を調べた結果、市販Pt担持カーボンと同等のPt質量活性を示すことを明らかにし、論文に報告した。
一方、遷移金属水酸化物ナノ粒子を基盤とした多孔質酸化物の水電解触媒への応用を検討する過程で、水酸化物ナノ粒子自体を高安定な自己修復触媒として利用する手法を開発した。表面が三脚型配位子により修飾されたハイブリッド水酸化コバルトナノシートをアルカリ水電解の電解液に分散させ、定電流電解により電極表面に触媒層を形成させる。この触媒層は電位変動により通常の電極と同様の劣化を生じるが、定電流を一定時間印加することで触媒層を再生しながら用いることが出来る。特に本年度は触媒層と基板との関係を検討し、触媒と反応性の電極を用いることが安定な触媒層の形成に必要であることを明らかにし、成果を論文に報告した。また、水電解触媒として有望なNi系ハイブリッド水酸化物の合成に成功した。
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